• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Проектування зварних з’єднань з кутовими швами.

Кутові шви використовуються в основному для створення зварних з'єднань внакладку і таврових з'єднань.

Основними факторами, що впливають на міцність кутового шва слід виділити два - орієнтацію шва відносно напрямку зусилля, що діє на зварне з'єднання і властивості (міцність) металу шва.

В залежності від орієнтації шва відносно напрямку зусилля, діючого на зварне з'єднання, розглядають зварні з'єднання з лобовим швом (зу­силля перпендикулярно осі шва, рис. а) і з'єднання з фланговими швами (зусилля вздовж осі шва, рис. б). Розглянемо напружений стан кутових швів відповідно навантажень.

Фланговий шов. Щоб оцінити напружений стан кутового флангового шва розглянемо шляхи можливого його руйнування. Аналізуючи силову ситуацію, що утворюється в металі зварного шва (рис. ), визначаємо два можливих перерізи ймовірного руйнування: по площині 1 (F₁= Кl_ш) і по площині 2, яка проходить через бісектрису прямого кута шва (F₂ = hl_ш, h = К sіп 45° = 0,7К, тому F₂ = 0,7Кl_ш).

Рис. З'єднання з лобовими і фланговими швами

Розглянемо напружений стан кутових швів відповідно навантажень. В обох випадках на площинах руйнування утворюються дотичні нап­руження τ.

Визначимо напруження на відповідних площинах:

Рис. Напружений стан флангового шва

Порівнюючи значення напружень, визначаємо, що найбільша ймовір­ність руйнування флангового шва буде мати місце по перерізу 2, оскільки τ₂ > τ₁.

Лобовий шов. У лобовому шві внаслідок дії сили існує три перерізи ймовірного руйнування F₁, F₂,F₃ (рис. а)

Рис. Напружений стан лобового шва

В перерізі F₁ діють нормальні напруження (рис. б):

Приймаючи σ₁= [σ]^зв, підрахуємо максимальне значення руйнуючої сили для цього перерізу:

В перерізі 3 діють тільки дотичні напруження:

Максимальне значення руйнуючої сили для цього перерізу:

В перерізі 2 одночасно діють нормальні і дотичні напруження:

Для кута 45° значення sіп і соs однакові, тому:

Визначимо максимальну допустиму інтенсивність напружень, якщо одночасно діють нормальні і дотичні напруження:

Знайдемо максимальне значення руйнуючої сили:

Розділивши чисельник і знаменник на 1,4, отримаємо:

Порівнюючи максимальні значення руйнуючих сил (Р₂^таx < Р₃ ^таx < Р₁ ^таx), зробимо висновок, що найбільша ймовірність руйнування кутового флан­гового шва буде мати місце по перерізу F₂..

Отже, на основі аналізу напруженого стану кутових швів прийняли: 1) при проведенні розрахунків на міцність кутових швів вважати, що їх руйнування має місце по площині, яка проходить через бісектрису прямого кута шва. Площа руйнування F_р = hl_ш Оскільки площа руйну­вання залежить від глибини проварювання кутового шва h (h₂ > h₁) (рис. ), то в загальному вигляді замість параметру 0,7К запису­ють параметр βκ, де β - коефіцієнт в залежності від глибини про­варювання β = 0,7...0,9), тобто F_р = βКl_ш

2) при проведенні розрахунків на міцність кутових швів вважати, що флангові кутові шви руйнуються внаслідок дії дотичних напружень, аруйнування лобових кутових швів відбувається внаслідок нормальних і дотичних напружень, але представляти (для уніфікації форми запи­су) умову міцності через дотичні напруження.

З'єднання внакладку з лобовим швом. Осьове навантаження (рис. ). Як вже було показано, умову міцності для кутових швів пот­рібно складати за дотичними напруженнями, тобто:

Рис.

Оскільки діє осьова сила, приймаємо, що напруження в перерізі шва розподілені рівномірно по довжині:

Якщо з'єднання матиме два лобових шви, умова міцності буде:

Навантаження моментом (рис. ). Враховуючи загальну фор­мулу для напруження від дії моменту, розподіл дотичних напружень по довжині шва набере вигляду:

де 1_Ш - момент інерції перерізу шва, що руйнується

Найбільше значення напружень буде в точці А (у = у_тах), для якої умова міцності приймає вид:

де W_ш - момент опору перерізу шва (прямокутник розмірами βКl_ш ), W_{ш =} βКl²_ш / 6, і тому:

Для з єднання з двома швами:

Одночасна дія сили та моменту (рис. 3.23). Оскільки діють два сило­вих фактори і від кожного з них утворюються відповідні дотичні напружен­ня τ_p i τ_M то умову міцності треба записати як:

де τ_сом - сумарні напруження від осьової сили τ_р та моменту τ_м.

Рис.

Напруження τ_р і τ_м підраховуються, як це було вказано вище. Лиша­ється з'ясувати якою повинна бути сума. Для цього треба зробити аналіз напряму дій напружень. Напруження τ_р співпадає з напрямком дії сили Р (рис. ). При повороті внаслідок дії моменту М у точці А (де діють найбільші напруження), напрямок напруження τ_м, буде збігатися з напрям­ком дії напруження τ_р. Отже, сумарні напруження становитимуть:

Розглянемо ще один приклад (рис. ). Сила Р викликає одночасно дію як від осьової сили, так і від моменту, тобто:

Але на відміну від попереднього випадку, напрямки напружень відріз­няються - від дії сили, напрямок напружень τ_р збігається з напрямком дії сили Р (рис. ), а від дії моменту - як і в попередньому випадку. Отже, сумарне напруження:

Рис.

З'єднання внакладку з фланговими швами. Осьове навантаження (рис. ). В кутовому шві руйнування відбувається в наслідок дії дотич­них напружень, тому:

Оскільки діє осьова сила:

Навантаження моментом (рис. ). В цьому випадку приймаємо, що у зварних швах діятиме реактивний момент М_реак = М.

У свою чергу реактивний момент можна подати як пару сил Т, помно­жених на плече В, тобто М_реак = ТВ. Сила Т = М _реак / В (при В « К). Сила Т діє окремо на кожний шов як осьова сила, і тому умова міцності має вигляд:

Навантаження силою та моментом (рис. ). Оскільки в швах напру­ження утворюються від дії двох силових факторів Р і М, то:

Окремо від сили Р і моменту М напруження визначаються як і в попередніх випадках. Залишається визначити якою буде τ_сом

Аналізуючи дію сили Р і моменту М, бачимо, що для шва 1 напрямок напружень, які вони спричинюють, збігається, тому τ_сом= τ_р+ τ_м< [τ]^зв.

Комбіновані з'єднання. Осьове навантаження (рис. ). Розра­ховуючи міцність такого з'єднання, приймають, що напруження в усіх швах однакові, тоді площа, яка руйнується: F = F_л+ 2F_ф = βκ (l_л + 2l_л).

Рис.

Умова міцності:

Навантаження моментом (рис. ). Насамперед припустимо, що напруження в усіх швах однакові. Діючий момент сприйматиметься як лобовим, так і фланговим швами, тобто М = М_л + М_ф. Підрахуємо чому дорівнюють ці моменти за умови, що напруження однакові за відповід­ними формулами і просумуємо:

Розрахункові дотичні напруження:

Можлива й інша ситуація (рис. ). В цьому випадку неможливо розподілити діючий момент між лобовим і фланговим швами.

Розв'язання буде таким. На відстані r_yвід центра ваги швів (цвш) візьмемо елементарну площадку площею dF, на якій діє напруження τ_у. Тоді елементарний момент dМ, який сприймається цією площадкою, буде dM = τ_ydFr_y. Приймемо наступний закон зміни напружень залежно від відстані r:

де r₁ - відстань, яка дорівнює одиниці. Тоді dM = τ₁r_y² dF . Загальний мо­мент, який сприймається всіма швами.

Отже :

M = τ₁I_p

Оскільки необхідно визначити максимальні значення напружень, то замість τ₁, необхідно, відповідно до прийнятого закону, записати:

Тоді М =τ_max / r_max I_p а розрахункові напруження дорівнюватимуть:

В разі одночасної дії сили й моменту необхідно аналізувати нап­рямки дії відповідних напружень у кожному шві й брати їх відповідну суму.

Таврові з'єднання. Розрахунок міцності таврових з'єднань вико­нується залежно від виду підготовки окрайок. Якщо з'єднання без розкриття окрайок, воно формується кутовими швами, і обчислення міцності не відрізняється від методики розрахунку з'єднань внакладку, тобто за дотичними напруженнями τ_p = P / 2βκl_ш (рис. , а). Якщо є розкриття окрайок, у цьому випадку змінюється площина руйнування, і обчислення міцності треба проводити за нормальними σ_р =Р/δl_Ш, або дотичними напруженнями τ_р =Р/δl_Ш в залежності від схеми навантаже­ння (рис. б, в).

Читайте також:

1. Active-HDL як сучасна система автоматизованого проектування ВІС.
2. VII. Етап проектування
3. VII. Етап проектування
4. Автоматизація проектування напівзамовлених ВІС.
5. Варіантне проектування будівельного виробництва.
6. Варіантне проектування технології зведення будівель та споруд.
7. Вибір матеріалу для зварних конструкцій.
8. Вибір мікропроцесорного комплекту для проектування обчислювальних пристроїв і систем
9. Вибір способу виготовлення заготовки. Попереднє проектування заготовки.
10. Види архітектурного проектування
11. Вимоги щодо проектування електрообладнання для пожежонебезпечних і вибухонебезпечних зон
12. Виникнення і розвиток землевпорядного проектування

Переглядів: 1156